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Simulação computacional de processos redox em meios complexos

Processo: 17/13401-4
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de fevereiro de 2018 - 31 de janeiro de 2020
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Gustavo Troiano Feliciano
Beneficiário:Gustavo Troiano Feliciano
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
Assunto(s):Simulação de dinâmica molecular  Transporte eletrônico  Teoria do funcional da densidade  Estrutura eletrônica  Simulação por computador 

Resumo

O objetivo do presente trabalho é caracterizar sistemas modelo para a descrição de fenômenos eletroquímicos na matéria condensada, através de simulação computacional atomística, molecular e de estrutura eletrônica. As principais aplicações a serem destacadas nos modelos estudados serão o sensoreamento eletroquímico (feito experimentalmente por medidas de impedância/capacitância eletroquímica) e o transporte de carga a longas distâncias, para o desenho de novos materiais mais eficientes e de fácil obtenção.Um dos sistemas modelo mimetiza proteínas condutoras bacterianas, no intuito de identificar as contribuições especificas das características fisico-quimicas da biomolécula para o transporte eletrônico eficiente a longas distâncias. Bactérias do gênero Geobacter e Shewanella já utilizam esta maquinaria bioquímica para levar a cabo seu metabolismo, transportando carga a um aceptor de elétrons extracelular, ao mesmo tempo em que oxidam compostos orgânicos e reduzem ions metálicosredox. As aplicações vão desde a biolixiviação de metais pesados e descontaminação de ambientes por precipitação química até a geração e transporte de energia elétrica a partir de compostos orgânicos simples, e confecção de células a combustível microbianas. Outro modelo eletroquimico estudado são eletrodos metálicos modificados por monocamadas automontadas de moléculas orgânicas contendo um grupamento redox imobilizado em uma das extremidades. Neste sistema, contribuições não-clássicas para a transferência eletronica são observadas, devido ao confinamento, e isto é explorado no problema de reconhecimento molecular, sensoreamento e o próprio transporte através de biomoléculas. Além do caráter metodológico, visando estender a ciência eletroquímica clássica, o trabalho visa caracterizar as mudanças nas propriedades termodinamicas e estruturais na monocamada eletroativa, na presença de perturbações no ambiente eletrostático, causadas tanto pela aplicação de potenciais elétricos externos como pelo ambiente aquoso, na vizinhança do eletrodo. (AU)

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
FELICIANO, GUSTAVO T.; BUENO, PAULO R. Two-Dimensional Nature and the Meaning of the Density of States in Redox Monolayers. Journal of Physical Chemistry C, v. 124, n. 27, p. 14918-14927, JUL 9 2020. Citações Web of Science: 0.
CRUZEIRO, VINICIUS WILIAN D.; FELICIANO, GUSTAVO TROIANO; ROITBERG, ADRIAN E. Exploring Coupled Redox and pH Processes with a Force-Field-Based Approach: Applications to Five Different Systems. Journal of the American Chemical Society, v. 142, n. 8, p. 3823-3835, FEB 26 2020. Citações Web of Science: 0.

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